(57)【要約】 【課題】製造安定性に優れ、取り扱い性に優れた面発光レーザアレイを提供すること。【解決手段】面発光レーザアレイ１は、異なる波長で発振する複数の面発光レーザ１０Ａ〜１０Ｄを一つの基板１１上に集積したものである。面発光レーザ１０Ａ〜１０Ｄは、それぞれ、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ〜１０２Ｄ、活性層１０３、半導体層１０４，第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５を有するメサ１００Ａ〜１００Ｄを備える。各面発光レーザ１０Ａ〜１０Ｄの各メサ１００Ａ〜１００Ｄは、基板面側からの平面視において半導体層１０４の外形寸法が等しく、かつ、半導体層１０４の一部を酸化して形成された電流狭窄領域に囲まれる電流注入領域１０４Ａが略同一面積である。各メサ１００Ａ〜１００Ｄの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ〜１０２Ｄの熱抵抗値を異ならせ、各面発光レーザ１０Ａ〜１０Ｄから発振される波長を異なるものとしている。【選択図】 図１
2010219393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振波長が互いに異なる複数の面発光レーザを一つの基板上に集積した面発光レーザアレイであって、
各面発光レーザは、それぞれ、第一多層膜ブラッグ反射鏡、前記第一多層膜ブラッグ反射鏡上に形成された活性層、第二多層膜ブラッグ反射鏡を有するとともに、前記活性層への注入電流を狭窄する電流狭窄領域が形成された半導体層を備えたメサを有し、
前記各メサの半導体層は、当該半導体層の一部を選択的に酸化して、酸化領域からなる電流狭窄領域と、非酸化領域からなる電流注入領域とを有するものであり、
前記各メサは、基板面側からの平面視において前記半導体層の外形が略同一であり、かつ、前記半導体層の電流注入領域の面積が略同一であり、
各メサの前記第一多層膜ブラッグ反射鏡の熱抵抗値を異なるものとすることで、各面発光レーザの発振波長を異なるものとした面発光レーザアレイ。
【請求項２】
請求項１に記載の面発光レーザアレイにおいて、
前記各面発光レーザの各メサは、前記活性層、前記半導体層、前記第二多層膜ブラッグ反射鏡で構成される構造体の大きさおよび形状が略等しく、
前記各面発光レーザの各メサの前記第一多層膜ブラッグ反射鏡の大きさを異なるものとすることで、各第一多層膜ブラッグ反射鏡の熱抵抗値を異なるものとする面発光レーザアレイ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の面発光レーザアレイにおいて、
少なくとも一つのメサの前記活性層、前記半導体層、前記第二多層膜ブラッグ反射鏡で構成される構造体の周囲には、前記活性層、前記半導体層、前記第二多層膜ブラッグ反射鏡で構成される構造体の熱を放熱させるための放熱手段が配置されており、
少なくとも一つのメサの前記活性層、前記半導体層、前記第二多層膜ブラッグ反射鏡で構成される構造体の周囲には、前記放熱手段が配置されていない面発光レーザアレイ。
【請求項４】
請求項３に記載の面発光レーザアレイにおいて、
前記放熱手段は、前記活性層、前記半導体層、前記第二多層膜ブラッグ反射鏡で構成される構造体と同じ層構造を有する構造体であり、前記メサの一部が前記構造体に接続されている面発光レーザアレイ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の面発光レーザアレイにおいて、
各メサの第一多層膜ブラッグ反射鏡の一部を酸化させ、メサごとに、前記第一多層膜ブラッグ反射鏡における酸化領域の占める割合を異なるものとした面発光レーザアレイ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の面発光レーザアレイにおいて、
前記基板上に設けられた第三の多層膜ブラッグ反射鏡上に、前記各メサが積層されている面発光レーザアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長多重光源として、半導体レーザが用いられている。半導体レーザは大きく分けて端面発光型と面発光型に分かれる。端面発光レーザとしては、特に分布帰還型半導体レーザが使われてきた。この分布帰還型レーザ（ＤＦＢレーザ）は、グレーティングの周期によって発振波長が決めることができ、発振波長を高精度の作りやすいといった利点がある。このため、これまで波長多重用といえば端面発光レーザ、特に、ＤＦＢレーザが主に使われてきた。
【０００３】
データ通信に使われるような疎密度な波長多重光源では、波長精度を高くする必要がないので、ＤＦＢレーザを同一素子内にアレイ化し、それぞれのグレーティング周期をかえることで異なる波長を同時に実現するようなものが開発されている。
【０００４】
しかしながら、ＤＦＢレーザを集積化した素子では、以下のような課題がある。ＤＦＢレーザでは、グレーティングによって波長を制御している。データ通信用のＤＦＢレーザには、単一縦モード（発振波長が単一モード）であることが求められる。しかしながら、のＤＦＢレーザでは、へき開端面でのグレーティングの位相を制御することが実質的に不可能なため、レーザの端面の位相条件が変わってしまうことがある。そのため、ＤＦＢレーザでは、単一モード発振しない確率がある一定の割合で生じる。この結果、複数のＤＦＢレーザを有するアレイにした場合に、すべてのレーザで単一モード条件を満たすように作らないといけないため、歩留まりが大幅に低下してしまう。また、ＤＦＢレーザを直接電流駆動する方法以外に、電界吸収型変調器を集積することも可能だが、この場合には、変調器の吸収端とレーザ発振波長との差を一定保つように作製することは難しい。
【０００５】
そこで、面発光レーザを集積化することが提案されている。
たとえば、特許文献１には、複数の面発光レーザ素子を基板上に集積化したものが開示されている。この特許文献１では、各面発光レーザ素子の電流狭窄部の面積を異なるものとし、各面発光レーザから出力される光の波長を異なるものとしている。
さらに、特許文献２には、発光領域の基板と平行な面の断面積が異なる半導体レーザを複数有するレーザアレイが開示されている。このレーザアレイでは、導波路部分の断面積を変えることで発振波長を変化させることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１６９３３号公報
【特許文献２】特開平６−９７５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、各レーザにおいて、電流狭窄部の面積を異なるものとしているので、レーザ発振に必要なしきい電流や発振時の損失が、レーザごとに異なるものとなり、レーザごとに動作条件が異なるものとなる。
一方、特許文献２では、レーザごとの動作条件を同じ条件とするために、電流狭窄構造を設け、活性領域の面積を等しくする旨の記載があるが、各レーザの径が異なっているので、半導体層の一部を酸化させて、電流狭窄領域を形成する場合、活性領域の面積を等しくすることが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、発振波長が互いに異なる複数の面発光レーザを一つの基板上に集積した面発光レーザアレイであって、各面発光レーザは、それぞれ、第一多層膜ブラッグ反射鏡、前記第一多層膜ブラッグ反射鏡上に形成された活性層、第二多層膜ブラッグ反射鏡を有するとともに、前記活性層への注入電流を狭窄する電流狭窄領域が形成された半導体層を備えたメサを有し、前記各メサの半導体層は、当該半導体層の一部を選択的に酸化して、酸化領域からなる電流狭窄領域と、非酸化領域からなる電流注入領域とを有するものであり、前記各メサは、基板面側からの平面視において前記半導体層の外形が略同一であり、かつ、前記半導体層の電流注入領域の面積が略同一であり、各メサの第一多層膜ブラッグ反射鏡の熱抵抗値を異なるものとすることで、各面発光レーザの発振波長を異なるものとした面発光レーザアレイが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、製造安定性に優れ、取り扱い性に優れた面発光レーザアレイが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる面発光レーザアレイを示す断面図である。
【図２】第一実施形態の面発光レーザアレイの製造工程を示す図である。
【図３】第二実施形態の面発光レーザアレイを示す図である。
【図４】第三実施形態にかかる面発光レーザアレイを示す断面図である。
【図５】第三実施形態にかかる面発光レーザアレイの一部を示す平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
はじめに、図１を参照して、本実施形態の面発光レーザアレイ１の概要について説明する。
面発光レーザアレイ１は、異なる波長で発振する複数の面発光レーザ１０Ａ〜１０Ｄを一つの基板１１上に集積したものである。
各面発光レーザ１０Ａ〜１０Ｄは、それぞれ、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ〜１０２Ｄ、活性層１０３、半導体層１０４，第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５を有するメサ１００Ａ〜１００Ｄを備える。
各面発光レーザ１０Ａ〜１０Ｄの各メサ１００Ａ〜１００Ｄは、基板面側からの平面視において半導体層１０４の外形寸法が略等しく、かつ、半導体層１０４の一部を選択的に酸化することにより形成された電流狭窄領域に囲まれる電流注入領域１０４Ａが略同一面積である。さらに、少なくとも各メサ１００Ａ〜１００Ｄの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ〜１０２Ｄの熱抵抗値を異ならせ、各面発光レーザ１０Ａ〜１０Ｄから発振される波長を異なるものとしている。
各面発光レーザ１０Ａ〜１０Ｄから発振される光の波長は８５０ｎｍ以上、１６５０ｎｍ以下である。
【００１２】
次に、図１を参照して、面発光レーザアレイ１について詳細に説明する。
基板１１は、半導体基板であり、ＧａＡｓ基板や、InP基板である。多層膜ブラッグ反射鏡の作製容易性からＧａＡｓ基板を使うことが多いが、ＧａＡｓでは、１３００ｎｍを大きく超える長波長対応が難しい。そのため、基板１１は、１３００ｎｍを大きく超える長波長の光を発振させる場合には、ＩｎＰ基板であってもよい。
この基板１１上には、第三の多層膜ブラッグ反射鏡１０１が形成されている。
面発光レーザ１０Ａは、第三の多層膜ブラッグ反射鏡１０１上に積層されたメサ１００Ａを有する。
メサ１００Ａは、第三の多層膜ブラッグ反射鏡１０1上に積層された第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａと、この第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ上に積層された活性層１０３と、この活性層１０３上に積層された半導体層１０４と、第二多層膜ブラッグ反射鏡（上部多層膜ブラッグ反射鏡）１０５と、この第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５上に配置されたｐ電極１０６と、ｎ電極１０７とを有する。
【００１３】
第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａは、本実施形態では円柱形状である。第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａは、活性層１０３、半導体層１０４、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される構造体よりも幅広であり、この構造体よりも基板１１表面に沿って突出している。なお、前記構造体は本実施形態では円柱形状である。この第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ上には、ｎ電極１０７が形成されている。
第三の多層膜ブラッグ反射鏡１０１および第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａで、レーザ１０Ａの下部多層膜ブラッグ反射鏡を構成している。下部多層膜ブラッグ反射鏡は、Ａｌ組成を変えたＡｌＧａＡｓ層をアレイの発振中心波長のλ／４の厚みで繰り返し積層し、３０ペア以上にしたものを用いる。Ａｌ組成の高いものは屈折率が低く、Ａｌ組成が低いものは屈折率が高くなる特徴をもっている。８５０ｎｍ帯の面発光レーザでは、ＧａＡｓ層が光を吸収してしまうので高屈折率層は、ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成を０．１程度にしたものが用いられる。９８０ｎｍ以上のものでは高屈折率層はＧａＡｓを用いる。低屈折率層ではＡｌＡｓにすると酸化狭窄工程時に酸化されてしまうのでＡｌ組成を０．９程度にしたものを用いる。１３００ｎｍ以上では、ＩｎＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系などを適宜組み合わせて作製すればよい。
【００１４】
活性層１０３は、８５０ｎｍ帯の場合は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの多重量子井戸を用い、９８０ｎｍ以上ではＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ（Ｐ）、１２００ｎｍ以上ではＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓの多重量井戸を用いる。なお、本発明では、活性層１０３の種類を特定するものではなく発振する波長に対して適宜選択すればよい。
この活性層１０３の厚みは、発振波長の半分の整数倍である必要があり、面発光レーザアレイでは、特定の発振波長（たとえば、各レーザからの発振波長のうち、いずれかの波長）にあわせて作製する。
【００１５】
半導体層１０４は、電流を狭窄するための層で、たとえば、ＡｌＧａＡｓ層を選択的に酸化させて作製する。このＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は０．９８程度を用いる。このようにＡｌ組成が高いと酸化速度を速くすることができる。酸化された領域には電流が流れないので、非酸化領域（電流注入領域１０４Ａ）のみ電流を流すことができる。非酸化領域は、基板面側からみて平面略円形形状であり、この非酸化領域の径は、開口径と呼ばれる。高速性の点から、電流密度と光子密度をたかくするひつようがあるため、非酸化領域の径は、１０Ｇｂ／ｓ以上の面発光レーザでは約６μｍ〜１５μｍ付近が用いられる。
【００１６】
第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５は、下部多層膜ブラッグ反射鏡と同様にＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成を変えてλ／４で作ったものである。表面出射型の場合、裏面よりも反射率を下げる必要があるため、ペア数を減らし２０ペア程度にして作製する。また、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５の最上部は電極１０６のコンタクトがとりやすいようにＡｌの組成比を低組成比にする。なお、波長多重通信では、波長多重したときに隣接波長との干渉を防ぐため、発振波長をシングルモードにする必要がある。シングルモード化するために、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５の最上部にはモードフィルタなどを取り付けてもよい。ｐ電極１０６は、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５に対してオーミック接触するものである。ｎ電極１０７は、第三の下部多層膜ブラッグ反射鏡１０１に対してオーミック接触するものである。
【００１７】
面発光レーザ１０Ｂは、第三の多層膜ブラッグ反射鏡１０１上に積層されたメサ１００Ｂを備える。メサ１００Ｂの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｂは、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａと同じ層構成であるが、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａよりも基板面に沿った方向の幅寸法が小さくなっており、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａよりも大きさ（体積）が小さくなっている。具体的には、本実施形態では、メサ１００Ｂの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｂは、円柱形状であり、その高さ寸法は、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａと同じであるが、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｂの径は、メサ１００Ａの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａの径よりも小さい。
また、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｂは、活性層１０３、半導体層１０４，第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される円柱状の構造体よりも幅広であり、この構造体よりも基板１１表面に沿って突出している。メサ１００Ｂの活性層１０３、半導体層１０４，第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される構造体は、メサ１００Ａの活性層１０３、半導体層１０４，第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される構造体と同じ大きさおよび形状である（同一径および同一高さ寸法である）。
他の点は、メサ１００Ｂは、メサ１００Ａと同じである。
【００１８】
面発光レーザ１０Ｃは、第三の多層膜ブラッグ反射鏡１０１上に積層されたメサ１００Ｃを備える。メサ１００Ｃの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｃは、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａと同じ層構成であるが、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂよりも基板面に沿った方向の幅が小さくなっている。本実施形態では、メサ１００Ｃの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｃは、円柱形状であり、メサ１００Ｃの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｃの径は、メサ１００Ａ、１００Ｂの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂよりも小さい。なお、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｃの高さは、メサ１００Ａ、１００Ｂの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂと同じである。
また、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｃは、活性層１０３、半導体層１０４、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される円柱状の構造体よりも幅広であり、この構造体よりも基板１１表面に沿って突出している。メサ１００Ｃの活性層１０３、半導体層１０４，第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される構造体は、メサ１００Ａ、１００Ｂの活性層１０３、半導体層１０４，第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される構造体と同じ大きさおよび形状である。
他の点は、メサ１００Ｃは、メサ１００Ａと同じである。
【００１９】
面発光レーザ１０Ｄは、第三の多層膜ブラッグ反射鏡１０１上に積層されたメサ１００Ｄを備える。メサ１００Ｄの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｄは、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃよりも基板面に沿った方向の幅が小さくなっている。本実施形態では、メサ１００Ｄの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｄは、円柱形状であり、メサ１００Ｄの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｃの径は、メサ１００Ａ、１００Ｂ，１００Ｃの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃよりも小さい。なお、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｄの高さは、メサ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃと同じである。
また、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｄの基板面にそった方向の幅寸法（径）は、活性層１０３、半導体層１０４，第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される構造体の幅寸法（径）と等しい。メサ１００Ｄの活性層１０３、半導体層１０４，第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される構造体は、メサ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの活性層１０３、半導体層１０４，第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される構造体と同じ大きさおよび形状である。
他の点は、メサ１００Ｄは、メサ１００Ａと同じである。
【００２０】
次に、図２を参照して、面発光レーザアレイ１の製造方法について説明する。
有機金属気相成長装置または、分子線エピタキシー装置などの半導体結晶装置をもちいて図２（ａ）にしめすように、基板１１の上に、多層膜ブラッグ反射鏡２０２、活性層２０４、半導体層２０５、多層膜ブラッグ反射鏡２０６の順に成長する。多層膜ブラッグ反射鏡２０２は、第三の多層膜ブラッグ反射鏡１０１、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄとなるものである。活性層２０４は、活性層１０３となるものであり、半導体層２０５は、半導体層１０４となるものである。さらに、多層膜ブラッグ反射鏡２０６は、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５となるものである。
【００２１】
次に、メサ１００Ａ〜１００Ｄを形成する。はじめに、図２（ｂ）に示すように、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄの径にあわせて、多層膜ブラッグ反射鏡２０２、活性層２０４、半導体層２０５、多層膜ブラッグ反射鏡２０６をエッチングにより選択的に除去する。
【００２２】
次に、図２（ｃ）に示すように、メサ１００Ａ〜１００Ｄの活性層１０３、半導体層１０４（ここでは、電流狭窄領域が形成されていないので半導体層２０５と図示している）、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される構造体をドライエッチングにより形成する。
このとき、各メサ１００Ａ〜１００Ｄにおける活性層１０３、半導体層１０４，第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される構造体の径が等しくなるように、ドライエッチングする。
【００２３】
つぎに、図２（ｄ）に示すように、熱水蒸気酸化で、半導体層２０５を酸化させて半導体層１０４を形成する。各メサ１００Ａ〜１００Ｄにおける半導体層２０５の径が同じなので、面発光レーザの半導体層１０４の開口径、すなわち、電流注入領域１０４Ａはすべてほぼ同じ面積となる。
その後、図２（ｅ）に示すように、真空蒸着または、スパッタなどを用いて、ｐ電極１０６およびｎ電極１０７を設け、面発光レーザアレイ１が完成する。
面発光レーザアレイ１は１０Ｇ／ｓ超でも適用されるため、容量低減のためにｐ電極パッド部やｎ電極パッド部用に比誘電率の低い、低誘電体膜などを用いてもよい。また、信頼性などや前述した低誘電体膜との密着性をよくするために、メサの電極形成領域を除いて、メサ表面に、窒化シリコンなどの誘電体膜を、プラズマＣＶＤなどを用いてつけてもよい。 
【００２４】
次に、第一実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態では、各レーザ１０Ａ〜１０Ｄにおいて、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄの径が異なっている。これにより、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄの体積が異なるものとなり、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄの熱抵抗値が異なるものとなる。
第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄの熱抵抗値が異なることで、各面発光レーザ１０Ａ〜１０Ｄの活性層１０３の温度も異なるものとなる。これにより、各面発光レーザ１０Ａ〜１０Ｄから発振される光の波長が異なるものとなる。
たとえば、メサ１００Ａの活性層１０３および第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａで構成される部分が１０００Ｋ／Ｗの熱抵抗を有するとする。第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄの径が小さくなるにつれて、第一多層膜ブラッグ反射鏡と活性層で構成される部分の５００Ｋ／Ｗの熱抵抗に差があるとする。一般的な面発光レーザの発熱量を２０ｍＷ程度と仮定すると、それぞれ１０℃ずつ活性層１０３の温度が変わることになる。面発光レーザアレイ１の環境温度を２５℃と設定した場合、熱抵抗の低い面発光レーザから順（面発光レーザ１００Ａ〜１００Ｄの順）に、活性層１０３の温度は４５℃、５５℃、６５℃、７５℃となる。一般的な面発光レーザの波長の温度依存性は０．０７ｎｍ／Ｋなので、発振波長は、０．７ｎｍずつ差をつけることが可能になる。これは１３１０ｎｍ帯において１２０ＧＨｚ間隔に相当する。変調による波長の広がりは、伝送速度の２倍なので１０Ｇ信号であれば十分にこの範囲内にいれることが可能になる。また、１００ＧＨｚ以上の波長差があれば、それぞれの波長に、ＡＷＧやフィルタなどをつかうことで波長分離や波長合成も十分に可能である。
【００２５】
また、本実施形態では、各メサ１００Ａ〜１００Ｄの半導体層１０４の外形を同一寸法としている。具体的には、各メサ１００Ａ〜１００Ｄの活性層１０３、半導体層１０４，第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される構造体の径および高さを等しくしている。これにより、半導体層１０４の電流注入領域１０４Ａの形状および大きさを等しくすることができ、各レーザ１０Ａ〜１０Ｄの動作条件を同じとすることができる。これにより、各レーザ１０Ａ〜１０Ｄの動作条件を同じものとすることで、取り扱いやすいものとなる。
また、本実施形態では、メサ１００Ａ〜１００Ｄの半導体層１０４を、同一の高さおよび径とすることで、各メサ１００Ａ〜１００Ｄの半導体層を酸化させて形成する電流注入領域１０４Ａの面積およびその形状を容易に略同一にすることができる。そのため、製造安定性に優れた面発光レーザアレイとなる。
【００２６】
なお、図１に示す面発光レーザアレイ１を以下のように設計すると、各面発光レーザ１００Ａ〜１００Ｄは順に、１３１０ｎｍ、１３１０．７ｎｍ、１３１１．４ｎｍ、１３１２．１ｎｍの波長で発振することがわかる。面発光レーザアレイ１の詳細は以下の通りである。
第三の多層膜ブラッグ反射鏡１０１および第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄ（下部多層膜ブラッグ反射鏡）は、Ａｌ組成を変えたＡｌＧａＡｓ層を交互に積層する（ここではＧａＡｓ層とＡｌ０．９ＧａＡｓ層）。下部多層膜ブラッグ反射鏡の各層の厚みをアレイの発振中心波長１３１０ｎｍのλ／４とし、３３ペアにして９９．９％以上の反射率となるようにする。
メサ１００Ａの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａの直径を３５μｍ、メサ１００Ｂの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｂの直径を３０μｍ、メサ１００Ｃの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｃの直径を２５μｍ、メサ１００Ｄの第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ｄの直径を２０μｍとする。
活性層１０３としては、１３００ｎｍで利得のあるＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓの多重量井戸を用いる。半導体層１０４は、ＡｌＧａＡｓ層を酸化させて作製する。このＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比は０．９８程度を用いる。各半導体層１０４の開口径（電流注入領域１０４Ａの径）は１０Ｇ動作に必要な１０μｍとする。第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５は、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成を変えて各層の厚みをλ／４として作る。表面出射型の場合、裏面よりも反射率を下げる必要があるため、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５のペア数を２０ペアとする。また、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５の最上部は電極のコンタクトがとりやすいようにＡｌ低組成比とする。さらに、シングルモード化するために、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５の上にはモードフィルタを取り付けて、マルチモードにならないようにする。最少の熱抵抗をもつメサ１００Ａを有するレーザ１０Ａのうち、活性層１０３および第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａで構成される部分が１０００Ｋ／Ｗの熱抵抗を有する。そして、第一多層膜ブラッグ反射鏡の径が小さくなるにつれて、５００Ｋ／Ｗづつ熱抵抗値が増加する。発熱量は、ほぼ２０ｍＷ程度であるため、それぞれ１０℃ずつ活性層１０３の温度が変化する。面発光レーザアレイの環境温度を２５℃と設定した場合、熱抵抗の低い面発光レーザ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの順に、活性層１０３の温度は４５℃、５５℃、６５℃、７５℃になる。面発光レーザの波長の温度依存性は０．０７ｎｍ／Ｋなので、発振波長は、０．７ｎｍずつ差をつけることができる。
【００２７】
（第二実施形態）
図３を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。
本実施形態では、図３（ａ）に示すように、複数のメサ１００Ａ〜１００Ｄのうち、一部のメサ１００Ａ，１００Ｂの周囲に、放熱手段３０１を設けている。他の点は前記実施形態と同様である。
放熱手段３０１は、図３（ｂ）にも示すように、メサ１００Ａ、１００Ｂの周囲をそれぞれ囲むように、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ，１０２Ｂ上に設けられている。そして、放熱手段３０１は、メサ１００Ａ、１００Ｂの活性層１０３、半導体層１０４、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される部分と同じ層構造を有する構造体である。放熱手段３０１の半導体層は、酸化されている。これは、電流狭窄領域を形成する際に酸化されたものである。
この放熱手段３０１と、メサ１００Ａ（１００Ｂ）の一部とは、接続部３０２にて接続されている。この接続部３０２も、活性層１０３、半導体層１０４、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される部分と同じ層構造を有する構造体である。
なお、メサ１００Ａ（１００Ｂ）の他の一部と、放熱手段との間には溝Ｔが形成されている。
また、図３（ａ）に示されたメサ１００Ａ、１００Ｂは、図３（ｂ）のａ−ａ断面図である。
さらに、ｎ電極１０７は、本実施形態では、すべて、第一の多層膜ブラッグ反射鏡１０１上に形成されている。
【００２８】
このような面発光レーザアレイ３は、前記実施形態と同様、基板１１上に多層膜ブラッグ反射鏡２０２、活性層２０４、半導体層２０５、多層膜ブラッグ反射鏡２０６を形成する。そして、第一多層膜ブラッグ反射鏡１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄの径にあわせて、多層膜ブラッグ反射鏡２０２、活性層２０４、半導体層２０５、多層膜ブラッグ反射鏡２０６をエッチングする。このエッチングにより形成されたメサのうち、メサ１００Ａ、メサ１００Ｂとなるメサにエッチングにより溝Ｔを形成する。このとき、溝Ｔを形成する部分以外の領域はマスクにて被覆しておく。これにより、放熱手段３０１および接続部３０２が形成されることとなる。
その後の工程は、前記実施形態と同様である。
【００２９】
このような本実施形態によれば、前記実施形態と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。
本実施形態では、放熱手段３０１を設けることで、各レーザ１０Ａ〜１０Ｄ間の熱抵抗差を大きくすることができ、面発光レーザアレイから発振される波長領域を拡大することができる。また、各レーザ１０Ａ〜１０Ｄから発振される光の波長差も広げることができる。
【００３０】
（第三実施形態）
図４を参照して、本発明の第三実施形態について説明する。
本実施形態では、各面発光レーザ４０Ａ〜４０Ｄの各メサ４００Ａ〜４００Ｄが基板１１上に直接形成されている。
面発光レーザ４０Ａは、メサ４００Ａを有する。メサ４００Ａは、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａと、この第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ上に形成された前記実施形態と同様の活性層１０３と、この活性層１０３上に積層された半導体層１０４と、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５と、この第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５上に配置されたｐ電極１０６と、ｎ電極１０７とを有する。
面発光レーザ４０Ａの下部多層膜ブラッグ反射鏡は、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａからなる。この第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａは、円柱形状である。第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａは、活性層１０３、半導体層１０４，第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される構造体よりも幅広であり、この構造体よりも基板１１表面に沿って突出している。なお、この構造体も前記実施形態と同様円柱形状である。
【００３１】
第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａは、その外周の一部が酸化され、酸化アルミニウムとなった酸化領域４０１Ａ１が形成されている。
【００３２】
面発光レーザ４０Ｂは、メサ４００Ｂを有する。メサ４００Ｂは、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｂと、この第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｂ上に形成された前記実施形態と同様の活性層１０３と、この活性層１０３上に積層された半導体層１０４と、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５と、この第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５上に配置されたｐ電極１０６と、ｎ電極１０７とを有する。
メサ４００Ｂの第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｂは、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａよりも基板面に沿った方向の幅が小さく成っている。本実施形態では、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｂは円柱形状であり、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｂの径は、メサ４００Ａの第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａよりも小さい。なお、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｂの層構成は、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａと同じである。
第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｂは、その外周の一部が酸化され、酸化アルミニウムとなった酸化領域４０１Ｂ１が形成されている。多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｂにおける酸化領域４０１Ｂ１の割合は、多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａにおける酸化領域４０１Ａ１の割合よりも大きくなっている。
他の点においては、メサ４００Ｂは、メサ４００Ａと同じである。
【００３３】
面発光レーザ４０Ｃは、メサ４００Ｃを有する。メサ４００Ｃは、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｃと、この第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｃ上に形成された前記実施形態と同様の活性層１０３と、この活性層１０３上に積層された半導体層１０４と、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５と、この第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５上に配置されたｐ電極１０６と、ｎ電極１０７とを有する。
第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｃの周囲には、図５の平面図にも示すように、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｃを囲むように構造体４１０が設けられている。この構造体４１０は、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｃと同様の層構成である。構造体４１０は接続部４１１により、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｃに接続されている。この接続部４１１も第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｃと同様の層構成である。また、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｃと、構造体４１０との間には溝Ｔが形成される。
構造体４１０の一部は、後述する酸化領域４０１Ｃ１と同様酸化されている。
【００３４】
本実施形態では、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｃは円柱形状であり、メサ４００Ｃの第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｃの径は、メサ４００Ａ、４００Ｂの第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ、４０１Ｂの径よりも小さい。第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｃは、その外周の一部が酸化され、酸化アルミニウムが形成されている（酸化領域４０１Ｃ１）。多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｃにおける酸化領域４０１Ｃ１の割合は、多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ、４０１Ｂにおける酸化領域の割合よりも大きくなっている。
他の点においては、メサ４００Ｃは、メサ４００Ａと同じである。
【００３５】
面発光レーザ４０Ｄは、メサ４００Ｄを有する。メサ４００Ｄは、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Dと、この第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１D上に形成された前記実施形態と同様の活性層１０３と、この活性層１０３上に積層された半導体層１０４と、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５と、この第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５上に配置されたｐ電極１０６と、ｎ電極１０７とを有する。
【００３６】
本実施形態では、メサ４００Ｄの第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Dの径は、メサ４００Ａ、４００Ｂ、４００Cの第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ、４０１Ｂ、４０１Cよりも小さい。第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｄは、その外周の一部が酸化され、酸化アルミニウムが形成されている。多層膜ブラッグ反射鏡４０１Dにおける酸化領域４０１Ｄ１の割合は、多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ、４０１Ｂ、４０１Cにおける酸化領域の割合よりも大きくなっている。また、メサ４００Ｄの第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｄは円柱形状であり、その径はメサ４００Ｄの活性層１０３、半導体層１０４、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される部分と同じ径である。
【００３７】
また、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｄの周囲には、図５の平面図にも示すように、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｄを囲むように構造体４１０が設けられている。この構造体４１０は、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｄと同様の層構成である。構造体４１０の一部は、酸化領域４０１Ｄ１と同様酸化されている。構造体４１０は接続部４１１により、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｄに接続されている。この接続部４１１も第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｄと同様の層構成である。また、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ｄと、構造体４１０との間には溝Ｔが形成される。
なお、図４に示されたメサ４０Ｃあるいは４０Ｄの断面は、図５のメサ４０Ｃあるいはメサ４０Ｄのｂ−ｂ断面である。
他の点においては、メサ４００Ｄは、メサ４００Ａと同じである。
【００３８】
以上のような各面発光レーザ４０Ａ〜４０Ｄにおいて、活性層１０３、半導体層１０４、第二多層膜ブラッグ反射鏡１０５で構成される部分はいずれも円柱形状で同一径、高さ寸法であり、同じ層構成となっている。また、各第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ〜Ｄはいずれも円柱形状であり、径が異なっているが高さは同一である。
【００３９】
以上のような、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ〜４０１Ｄでは、一部の層を半導体層のＡｌ組成と同じ程度の組成とすることで、半導体層１０４を形成する際に、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ〜４０１Ｄの一部の層のみを選択的に酸化させ、酸化領域を形成することができる。なお、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ〜４０１Ｄにおける酸化領域は、電流が通る領域にかからないように形成する。また、酸化を行う際には、溝Ｔをあらかじめエッチングにより形成しておく。
【００４０】
このような本実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。
各メサ４００Ａ〜４００Ｄの第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ〜４０１Ｄの一部を酸化させ、酸化領域の占める割合を各第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ〜４０１Ｄにおいて異なるものとしている。酸化アルミニウムは、熱伝導性が悪いため、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ〜４０１Ｄの熱抵抗値に差を確実に生じさせることができる。
たとえば、最少の熱抵抗をもつメサ４００Ａの活性層１０３および第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａの部分で１００Ｋ／Ｗの熱抵抗を有し、第一多層膜ブラッグ反射鏡の径が小さくなる順に１０００Ｋ／Ｗの熱抵抗に差があるとする。面発光レーザの発熱量を２０ｍＷ程度と仮定すると、それぞれ２０℃ずつ活性層１０３の温度が変わることになる。面発光レーザアレイの環境温度を２５℃と設定した場合、面発光レーザ４０Ａ〜４０Ｄから順に、活性層１０３の温度は、４５℃、６５℃、８５℃、１０５℃になる。一般的な面発光レーザの波長の温度依存性は０．０７ｎｍ／Ｋなので、発振波長は、０．１４ｎｍずつ差をつけることが可能になる。これは１３１０ｎｍ帯において１８０ＧＨｚ間隔に相当する。この差の拡大により、さらに波長合成用のフィルタや分離用のフィルタに設計の余裕を設けることができる。
【００４１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では面発光レーザを４つ備える４チャンネルのものを図示したが、４チャンネルとは限らず、２チャンネル以上のものから適用することが可能である。熱抵抗差も波長チャンネルと波長差のグリット間隔から適宜選択して作製すればよい。一素子でカバーできないほど範囲で波長多重する場合には、複数個のアレイ面発光レーザをもちいることで対応することが可能である
また、面発光レーザアレイを、波長安定化のために温調素子を内蔵したモジュールとして使用してもよい。
また、前記実施形態では、面発光レーザは、表面出射型のものを使用したが、これに限らず、面発光レーザとして、裏面出射型のものを使用してもよい。
さらに、第三実施形態では、各メサ４００Ａ〜４００Ｄにおいて、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ〜４０１Ｄの径を異なるものとするとともに、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ〜４０１Ｄの酸化領域の割合を異なるものとしたが、第一多層膜ブラッグ反射鏡４０１Ａ〜４０１Ｄの径を同一とし、酸化領域の割合のみを異なるものとしてもよい。
また、第三実施形態において、各メサ４００Ａ〜４００Ｄは、基板１１上に直接形成されていたが、これに限らず、第一実施形態、第二実施形態のように、多層膜ブラッグ反射鏡を介して基板１１上に配置してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１    面発光レーザアレイ
３    面発光レーザアレイ
１０Ａ    面発光レーザ
１０Ｂ    面発光レーザ
１０Ｃ    面発光レーザ
１０Ｄ    面発光レーザ
１１    基板
４０Ａ    面発光レーザ
４０Ｂ    面発光レーザ
４０Ｃ    面発光レーザ
４０D    面発光レーザ
１００Ａ    メサ
１００Ｂ    メサ
１００Ｃ    メサ
１００Ｄ    メサ
１０１    第三の多層膜ブラッグ反射鏡
１０２Ａ    第一多層膜ブラッグ反射鏡
１０２Ｂ    第一多層膜ブラッグ反射鏡
１０２Ｃ    第一多層膜ブラッグ反射鏡
１０２Ｄ    第一多層膜ブラッグ反射鏡
１０３    活性層
１０４    半導体層
１０４Ａ    電流注入領域
１０５    第二多層膜ブラッグ反射鏡
１０６    電極
１０７    電極
２０２    多層膜ブラッグ反射鏡
２０４    活性層
２０５    半導体層
２０６    多層膜ブラッグ反射鏡
３０１    放熱手段
３０２    接続部
４００Ａ    メサ
４００Ｂ    メサ
４００Ｃ    メサ
４００Ｄ  メサ
４０１Ａ    第一多層膜ブラッグ反射鏡
４０１Ｂ    第一多層膜ブラッグ反射鏡
４０１Ｃ    第一多層膜ブラッグ反射鏡
４０１Ｄ    第一多層膜ブラッグ反射鏡
４０１Ａ１    酸化領域
４０１Ｂ１    酸化領域
４０１Ｃ１    酸化領域
４０１Ｄ１    酸化領域
４１０    構造体
４１１    接続部
Ｔ    溝
【図１】
2010219393.tif 000003
【図２】
2010219393.tif 000004
【図３】
2010219393.tif 000005
【図４】
2010219393.tif 000006
【図５】
2010219393.tif 000007